[發明專利]一種隨鉆測量電磁波地質導向工具的自適應功率輸出系統

有效

• 申請號: 201310219338.1
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN104213909B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 張連成
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B47/13
• 分類號: E21B47/13
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 湯在彥

技術領域

本發明涉及一種隨鉆測量電磁波地質導向工具的自適應功率輸出系統，屬于石油鉆井、開采或者地礦勘探技術領域。

背景技術

在石油鉆井工程或者地礦勘探中、在定向鉆井或水平鉆井、欠平衡井中經常需要使用無線電磁波地質導向工具。目前國內、國外比較成熟的無線電磁波地質導向工具在現場都有廣泛應用。在隨鉆儀器中放置地質導向單元，儀器以鉆鋌為電極向地層發射無線電磁波信號，用于向地面接收設備發送地質參數和鉆頭位置等隨鉆參數。這些產品無論是使用電池供電還是井下發電機系統供電，都無一例外的會受到不同地層電阻率和鉆井介質電阻率的影響，在某些地層電阻率特別低或者地層電阻率特別高的環境下，由于無線電磁波信號過度衰減，那么電磁波傳送到地面的信號就會十分微弱，當信號強度低于地面接收系統要求的最小值的時候，地面接收系統就無法正確識別無線電磁波信號，導致數據解調的失敗。如果在隨鉆測量的電磁波地質導向工具中采用自適應功率輸出系統，就可以非常好的避免這種影響。

對于無線電磁波地質導向工具，申請號為3,967,201的美國發明專利，發明名稱：Wireless?subterranean?signaling?method。還有申請號為7,477,162的美國發明專利，發明名稱：Wireless?electromagnetic?telemetry?system?and?method?for?bottom?hole?assembly都只是工具結構上提出了應該怎樣在地層中發射低頻無線電磁波才能建立電磁信道，并沒有具體描述如何從電路的角度去實現和克服不同地層和不同鉆井介質情況下，無線電磁波的衰減對地面接收的結果造成的不利影響。

現有普遍使用的無線電磁波隨鉆測量工具，也都只是依靠電池的最大自然放電電流來供電的，沒有考慮到采用井下發電系統實現大功率供電時，如何避免不同地層電阻率可能影響的電流過載或超輕載的現象。例如，當地層電阻率或者鉆井介質的電阻率非常低的時候，如果不采取控制措施，就會導致發射電流急劇增加，電源出現過載，而地面接收到的無線電磁波信號卻極其微弱的情況。

相反，如果地層電阻率或者鉆井介質的電阻率非常高的時候，由于電源電壓有限，導致輸出電流非常小，地面接收信號也是非常微弱，甚至完全檢測不到無線電磁波信號。

發明內容

為了克服現有技術的不足,本發明提供一種隨鉆測量電磁波地質導向工具的自適應功率輸出系統。

本發明的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供了一種用于隨鉆測量的電磁波地質導向工具在不同電阻率地層和使用不同電阻率鉆井介質的情況下采用自適應功率輸出系統，不僅可以實現電能的高效利用，同時可以加強地面檢測系統對無線電磁波數據的接收強度，可以極好抑制不同電阻率地層和不同電阻率工作介質對無線電磁波信號的衰減。

為了實現上述目的本發明采取的技術方案是：

一種隨鉆測量電磁波地質導向工具的自適應功率輸出系統，電源單元連接無線電磁波發射單元，無線電磁波發射單元連接電流檢測單元和電壓檢測單元，電流檢測單元連接功率計算單元和發射天線，電壓檢測單元連接功率計算單元，功率計算單元連接電流控制單元和電壓控制單元，電流控制單元和電壓控制單元連接電源單元；

所述的電流檢測單元置于無線電磁波發射系統和發射天線之間，用于檢測無線電磁波發射系統的發射電流；

所述的電流信號控制單元置于功率控制單元和輸出電壓電流可調整的電源單元之間，用于響應功率計算單元的指令；同時調整電源的輸出電流，以滿足功率計算單元的要求；

所述的電壓檢測單元置于無線電磁波發射系統和功率計算單元之間，用于檢測無線電磁波發射系統的發射電壓；可以通過高溫電壓互感器、或者分壓電阻，分壓電容、且不局限于以上方式，實現無線電磁波發射電壓的檢測；

所述的電壓控制單元置于功率計算單元和輸出電壓電流可調整的電源之間，用于控制輸出電壓電流可調整的電源時時改變輸出電壓；改變電源輸出電壓的方式有多種方式、包括使用可調整的開關電源、直流斬波、直流分壓、直流升壓、直流降壓、直流升降壓多種電路拓撲結構；

所述電流檢測單元可以將檢測到的電流信號通過隔離或者不隔離、放大或者不放大、調制或者不調制的方式，輸入到功率計算單元中，用于功率計算單元計算保持電源輸出恒定功率的參考依據；

所述的電壓控制單元可以將檢測到的電壓信號通過隔離或者不隔離、放大或者不放大、調制或者不調制的方式，輸入到功率計算單元中，用于功率計算單元計算保持電源輸出恒定功率的參考依據；